Мгновенные значения токов и напряжений трансформатора

Для пояснения процессов, происходящих в трансформаторе, которые мы рассматривали с использованием действующих значений токов и напряжений с их традиционными положительными направлениями, полезно рассмотреть графики мгновенных значений действительных величин u_l, i_l, и₂, i₂ и i₁₀ (рис. 8.12), которые можно записать с помощью осциллографа.

Рис. 8.12. Графики (осциллограммы) мгновенных значений токов и напряжений трансформатора

Графики мгновенных значений ЭДС е₁ и е₂построены расчетным путем. Можно ЭДС e₁ и е₂записать на осциллографе, но для этого трансформатор надо снабдить дополнительной ненагруженной обмоткой. Измерительные устройства светолучевого осциллографа имеют малую инерционность и могут записывать на фотобумаге мгновенные значения напряжений и токов.

Измерительные   устройства   осциллографа   для   измерений   тока выключаются как амперметры, а напряжения — как вольтметры (рис. 8.13).

Если действительное направление тока (движение положительных зарядов) такое, как указано на рис. 8.13,— от точки A₁ к точке Б₁ (соответственно от А₂ кБ₂) измерительного устройства, то значения тока записываются выше оси времени (если бы амперметр мог реагировать на мгновенное значение тока, то его стрелка отклонялась бы вправо), при обратном направлении — ниже оси (стрелка амперметра отклонялась влево). Если действительное  направление напряжений такое, как указано на рис. 8.13, т. е. точка А_B1 измерительного устройства имеет положительный потенциал, а точка Б_B1 — от­рицательный (соответственно А_В2 — положительный,Б_В2 — отрицательный), значения напряжения записываются выше оси времени (если бы вольтметр мог реагировать на мгновенное значение напряжения, то его стрелка отклонялась бы вправо), при обратной полярности — ниже оси времени (стрелка вольтметра отклонялась бы влево). Из графиков рис. 8.12 следует, что ток в первичной обмотке i₁ отстает от напряжения u₁ на угол, значение которого обусловлено параметрами трансформатора z_к и потребителя z_н = r_н + jx_н .

Рис.   8.13.   Схема   включения   приборов   для   осциллографирования мгновенных значений токов и напряжений трансформатора

Вторичное напряжение и₂ отстает по фазе от напряжения сети и₁ на угол, обусловленный полным сопротивлением трансформатора z_к . Для идеализированного трансформатора Z_к = 0 они совпадают. Ток вторичной обмотки i₂ отстает от напряжения и₂ на угол, определяемый параметрами нагрузки z_н.

Далее из графика следует, что большую часть времени первой половины периода, когда ток i₁направлен от начала к концу первичной обмотки, ток i₂ во вторичной обмотке направлен от конца к началу. Большую часть времени второй половины периода, когда ток i₁ направлен от конца к началу, ток i₂ направлен от начала к концу обмотки. Из этого следует, что МДС вторичной обмотки i₂w₂ большую часть времени периода направлена против МДС первичной обмотки i₁w₁, что согласуется с правилом Ленца. Разность МДС первичной и вторичной обмоток равна МДС тока холостого хода. График тока i₁₀(t) можно построить на основании уравнения

i₁₀w₁ = i₁w₁ - i₂w₂

или записать на осциллографе при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора, когда i₂ = 0. При работе с нагрузкой, как об этом уже говорилось, магнитный поток создается МДС первичной и вторичной обмоток и правило Ленца устанавливает связь между магнитным потоком Ф(i₀) трансформатора и ЭДС первичной и вторичной обмоток, так как

e₁ = - w₁ dФ/dt,    e₂ = - w₂ dФ/dt.

Как видно из рис. 8.12, при возрастании тока i₀ (если пренебречь активной составляющей тока холостого хода, то магнитный поток Ф и ток i₀ совпадают по фазе) ЭДС e₁ действует против токаi₀ при убывании магнитного потока в направлении тока i₀. Это справедливо для любого момента времени. При холостом ходе трансформатора, когда магнитный поток создается только током i₁ =i₀, ЭДС е₁ действует против тока в первичной обмотке i₁ или согласно с ним.

Следует отметить, что при синусоидальном напряжении на первичной обмотке и₁ магнитный поток Ф(i₀), напряжение и₂ и ток i₂ изменяются также по синусоидальному закону независимо от того, насыщен или нет магнитопровод трансформатора, в то время как ток в первичной обмоткеi₁ и ток холостого хода i₀ будут иметь синусоидальный характер только при ненасыщенном магнитопроводе трансформатора.